BIM 技术在城轨工程中的应用研究

孙 皓，司玉林

（1. 北京市地铁运营有限公司运营一分公司，北京 101116；2. 铁科院（北京）工程咨询有限公司，北京 100081）

1 引言

随着国家综合实力不断提升，城市轨道交通（以下简称“城轨”）行业也随之进入发展的黄金时期。在城轨建设中，采用建筑信息模型（BIM）技术除实现方案优化、专业协同等功能，在城轨运维阶段和全生命周期管理等方面也存在明显优势。BIM技术应用可使城轨工程在设计、施工及运营维护等阶段快速实现资源配置建立、资金风险管控、能源及成本节约、受污染程度降低和工作效率提升。BIM技术应用可改变传统管理理念，引领城轨建筑信息技术向更高水准前进，不断提升城轨建设效果和质量，近年来，国内外针对BIM技术发展趋势进行了大量研究。文章以BIM技术在城轨的应用为例，阐述采用BIM技术的必然性，研究BIM技术在城轨工程应用的特点及内涵，预测发展趋势，确保BIM技术在城轨工程的应用效果。

2 BIM 技术应用的必要性

2.1 行业转型必然要求

目前，国家科学技术和经济发展等方面水平的显著提高带动我国建筑行业作业和模式发生变化，尤其是BIM技术的发展和应用，促使传统建筑行业的转型和发展速度不断加快。而城轨工程是建筑行业的重要组成部分。因此，建筑行业的升级和转型使得城轨的粗放式管理方式逐渐向精细化管理模式变化。而推动城轨管理模式发生变化的主要动力便是应用BIM技术。因此BIM技术的应用是建筑行业转型的必然要求，可以更好地保障城轨工程的建设效果。

2.2 市场竞争力的影响

目前，在国家发展过程中，无论是政府等相关部门，还是建设单位，都在积极地推广并且倡导BIM技术使用，同时我国已出台相关政策，为BIM技术的普及与发展提供良好的保障。BIM技术融合其他技术效果也十分显著，例如BIM技术与云，BIM技术与地理信息系统，BIM技术与物联网，BIM技术与数字监控，BIM技术与数字制造，BIM技术与增强现实技术等。全球范围中BIM技术应用最广泛国家为美国、英国、韩国。美国于2007年便开始在所有大型项目中采用BIM技术；英国最迟也是在2016年便完成全面协同BIM技术的推广；2016年韩国开始在公共建筑中全面采用BIM技术。在此影响下，我国城轨工程建筑企业在工程建设过程中，认识到BIM技术应用优势以及重要作用，可以更好地保障自身市场竞争力。

2.3 国际合作及 EPC 模式需求

BIM技术作为促使不同软件进行共同交流的平台，可以使不同语言和不同专业之间的信息交流成本降低。在经济全球化趋势的影响下，国家性工程数量不断增加。因此，采用BIM技术可以进行更便捷的交流，保障信息传递准确性，防止发生工作重复现象。我国现如今某些大型建筑企业开始进行设计施工一体化（EPC）总承包模式。为促使此类模式得以形成并发挥作用，需借助BIM技术中全生命周期理念，以此实现设计行业业务向外延伸的目的。相同原理，将BIM技术应用在城轨工程建设过程中，可以促使城轨工程建设效果显著提高，以此推动城市一体化建设。

2.4 城轨自身需求

目前，城轨工程发生的主要变化为工程体量变大、投资更高以及专业复杂程度增加，而且在设计和建设过程中，出现更多的异形和复杂建筑，在此种情况下，传统二维设计难以满足城轨设计和建筑需求。为满足城轨建设效果，需把BIM技术应用其中，借助BIM技术可视化和参数化等特点，保障城轨工程建设效果，图1为采用BIM技术设计的某城轨车站模型。

图1 城轨车站BIM模型图

2.5 拥有高度集成的优势

城轨工程修建过程包括设计和施工以及后期运用等多个阶段，彼此之间难以完全分割，而传统的建筑作业方式极易导致“信息孤岛”显现，更是难以体现全生命周期观念，影响城轨工程建设效果。但是BIM 技术拥有集成整个全生命周期专业信息特点，具有强大分析能力和模拟功能，可以在施工未开始之前，发现并且解决问题，细化工作流程，针对工程特点有效制定方案举措，消除潜在隐患和风险。通过此种方式，可使城轨工程的建设效果得到保障，减少工程变更现象出现，减少经济方面损失。

3 BIM 技术在城轨工程中的应用

3.1 前期规划应用

BIM技术应用于城轨工程前期规划之中，需要重视工程可行性研究。即在建设之初，利用BIM技术思维，对城轨进行三维模型建立，图2为某城轨建设工程模型。在模型建设过程中，要保障BIM模型既涵盖地质条件、道路以及桥梁和管道管线状态，又包含建筑物等信息。同时要保障信息和资料的真实性，尤其在技术、科学以及人文等方面更需要保障信息真实性。通过此种方式，保障城轨信息分析结果有效性，以此保证城轨工程项目顺利建成。

图2 城轨建设工程三维模型图

3.2 设计阶段应用

BIM技术应用于城轨工程设计阶段，主要是在城轨建设工程三维模型建立之后，可以更加清晰明确地掌握道路、建筑物和其他设备等具体情况，以此促使设计方案向多样化方向发展，并有效制定多种预备方案。在此过程中，设计方案可以各自具备各自的概念和优缺点。在确定之后，设计人员可以使用BIM技术验证城轨建设设计方案，由于三维模型拥有直观视觉感受，具备可靠性和安全性，为设计人员提供更加科学的参考。因此，使用BIM技术对方案进行验证，可有效选取最佳设计方案。

3.3 协同施工应用

在城轨工程建设过程中，普遍存在协同施工工作能力不强的问题，因此会投入大量人力物力，影响城轨工程建设效率。在传统协同工作开展过程中，主要是借助网络通信软件以及数据信息软件去实现过程分析。但为实现信息集体共享，就必须借助BIM技术建立相应通信系统，加强各个管理主体之间的联系，实现信息和文件相互访问以及交换，体现BIM技术提供的信息资源具备秩序性和时效性，以此保障信息传递快速、真实、有效。

3.4 运维阶段应用

BIM技术应用在城轨运维阶段，可以更好地对设备设施和相关文件资料以及应急方案等内容进行追踪查询和处理。因此，借助BIM技术和物联网技术建立可视化平台，而BIM技术与物联网集成应用，实质是城轨建设全过程信息的集成与融合。BIM技术体现上层信息集成、交互、展示和管理作用，物联网技术承担底层信息感知、采集、传递、监控功能。在工程建设阶段时，两者集成应用提高施工现场安全管理能力，确定合适施工进度，支持高效成本管控，提升质量管理水平。

3.5 成本管理应用

在城轨建设过程中，需要对设计阶段、施工阶段以及运营维护阶段等的成本进行控制，所以需要借助完整的BIM技术信息集成平台，对城轨工程建设全过程进行监督和管理，减少不必要的工程变更，合理控制施工材料的使用，减少不必要的资源浪费。在运行阶段，建立运营维护模型，对维护计划可行性进行验证，以此保障工作人员充分了解维护情况，进而保障设备正常运行，以此保障城轨工程的顺利开展。

4 BIM 技术发展趋势

在国家综合发展过程中，尤其是在科学技术水平不断提高背景下，城轨建设工程应用BIM技术，必然推动城轨工程向着全新方向发展。因此需要加强对 BIM技术的研究与分析，促使其在三维环境下实现协同设计、管理以及运维工作等，并达到相应目标。BIM技术发展趋势主要体现在以下几方面。

（1）应用移动终端。管理人员借助移动终端可以在现场直接浏览模型，查询模型细节，进行现场办公。在质量管理中直接通过移动终端进行质量检查对标和预设检查项，使工作人员再现工作内容，快捷填写检查结果。进度管理现场采用移动终端查阅工程进展并可直接在现场完成报告。手持移动终端也便于项目和企业管理者异地审批。移动终端轻、小、便捷的优势可克服原本电脑笨重、麻烦的特点。图3为采用移动终端BIM模型对某城轨建筑进行实地检查。

图3 BIM技术移动终端应用

（2）应用无线传感网络。在城轨工程中所有角落放置无线传感器和监控系统，通过管控界面搜索设备设施名称，可查询设备设施在虚拟建筑模型中准确位置，管理人员实时利用三维BIM模型，进行建筑设备设施浏览、设备运行控制。而且所有设备设施是否正常运行，在BIM模型可直观显现，对于每种设备设施可以查询历史运行数据。这可帮助运维管理人员对城轨建筑进行全面了解管控，方便进行运营维护和经验积累。

（3）应用数字化和云平台等方式。凭借云计算的超强计算能力，可将BIM技术应用中计算量大且复杂的工作转移至云平台，提升计算效率。同时云平台的庞大数据存储能力可将BIM模型及相关业务数据同步到云平台存储，便于用户实时访问，以及与其他人员共享；同时方便用户在施工现场通过移动终端实时连接云平台，及时获取所需BIM数据和服务等。城轨BIM技术与数字化和云平台相结合，能够确保工程建设数据快速、安全、便捷、可控地进行沟通共享，能够帮助城轨建设管理水平和工作效率不断提高。城轨工程BIM技术数字化及云平台微服务架构，如图4所示。

图4 城轨工程BIM技术数字化及云平台应用示意图

（4）应用扁平化协同模式。由于城轨建设项目存在大量复杂的信息需要在众多参与方之间传递、沟通和修改，扁平化协同模式能够确保项目信息在各方之间传递准确、高效，促进信息获取、分发、沟通效率极大提升；并且有效梳理和优化跨组织之间流程，解决复杂信息在各部门之间传递过程，避免很多传统线下处理模式时间长、滞后等问题。同时通过移动端在现场实时采集施工现场问题，通过云平台系统及时将信息分配，并通知相关责任人跟踪整改，管理层也通过云平台及时获取项目信息，通过数据统计分析，为项目提供更可靠的决策，提高城轨项目协同管理水平。利用信息化分析功能，辅助分析相关施工方案，优化施工流程、控制施工进度、减少返工，避免资源浪费，降低成本投入。

通过上述技术和手段的应用，促使BIM技术在未来城轨建设过程中全面提升工程建设效率与信息化管理水平，优化管理流程，高效率、高精准度地完成工程量计算工作，保障城轨建设实现效果。

5 结束语

通过分析，BIM技术应用效果和意义十分深远，可以更好体现我国建筑行业的建设水平，促使城轨工程建筑质量显著提高，更好地推动城市一体化建设。通过分析BIM技术在城轨工程中的应用，尤其是BIM技术特点以及应用优势等方面，发现BIM技术在应用过程中存在行业门槛、社会环境、BIM自身使用成本和工程建设的独特性等问题。以此为依据，分析BIM技术发展主要趋势，以期在未来通过相关成熟的技术手段消除影响，保障BIM技术在城轨中应用效果，提升城轨建设质量，实现城轨基础设施建设高质量发展的目的，推进国家综合发展。